打开网易新闻 查看更多图片

旅行者号探测器在数年前就离开了我们的太阳系,在穿越太阳系外星际空间的时候,它们探测到了来自230亿公里外太阳的宇宙射线爆发。

科学家对旅行者1号和旅行者2号最近传回数据的详细分析第一次揭示了星际空间中宇宙射线电子的爆发。

这些能量粒子被太阳爆发的冲击波(日冕物质抛射 – 从太阳的日冕层抛射出来的物质,是巨大的、携带磁力线的泡沫状气体)带向太阳系的边缘,而且运动似乎在加速,已经超出了强大的太阳风的范围。

冲击波加速粒子的现象并不少见,在太阳系内部太阳风强度大,能够观察到类似的现象。但是还没有人在一种全新的原始介质中观察到这种能量粒子以及星际冲击波。

太阳表面不断地向外发射出太阳风——一种以等离子体形式存在的带电粒子流,它会产生一个伴生的磁场。通常,很难明确定义太阳系的边界,但是由太阳风和它携带的物质创造的“气泡”被称为日球层(太阳风发生作用的最大范围),认为是太阳系的边界。最终,太阳风经过太阳系的每一个行星和物体后,喷射到星际空间的介质中。这在很大程度上定义了太阳系的边界。

在太阳的磁场之外,在条件截然不同的寒冷的星际空间中,科学家尚不清楚太阳发射出的等离子体和宇宙射线在冲击波的作用下到达如此远的距离会发生什么。旅行者号探测器终于让科学家有机会了解更多。天文学家现在提出了一种新的模型来研究这些冲击波在星际空间中发生了什么。

这一切都始于太阳表面的一次大规模喷发,它向太阳系发射了一个准球形激波。当一个能量波与日冕物质抛射产生的等离子体一起进入星际空间时,激波推动能量更高的宇宙射线撞击由激波产生的切向磁场,另一个激波反射并加速宇宙射线进入更高的能量状态,这就是旅行者探测器探测到的情形。

等离子体加热低能电子,然后沿着磁场传播。在某些情况下,来自旅行者号的数据表明,等离子体甚至要花上一个月的时间才能赶上前方高速前进的冲击波。这一上游区域被科学家们称为“宇宙射线前震区”,研究小组认为它就发生在星际空间磁场线的后面,如下图所示。

科学家已经通过宇宙射线仪器确认,这些电子是被太阳上的高能事件向外传播的星际冲击反射和加速的。这是一种新的机制。

这是一个令人兴奋的发现,与其他数据非常吻合。自从飞越了日球层,旅行者号探测器发回的测量数据表明,在日球层顶层之外存在比我们想象的更强的磁场——可能足以让激波前端的电子反弹并进一步加速。

理解宇宙辐射和太阳冲击波的物理原理不仅能帮助我们更好地定义我们自己的太阳系的边界,还能帮助我们更好地理解爆炸的恒星和太空辐射的威胁。

在工作了40多年后,美国宇航局(NASA)持续时间最长的太空任务仍然带给了我们很多惊喜。